第5章组网技术

第5章组网技术 5 1概述 5 2多址技术5 3区域覆盖和信道配置5 4网络结构5 5信令5 6越区切换和位置管理 5 1概述 前面几章的讨论 主要解决了移动环境下 点对点传输的问题 本章开始解决组网的问题 即多点间通信的问题 主要涉及下面几个方面的问题 1 多址技术 传输更大容量的信息 2 区域覆盖 3 网络结构 4 越区切换 移动性管理问题 5 交换控制信息 信令系统 图1 18Um接口协议模型举例 1 物理层 PHL 确定无线电参数 物理层将无线电频谱分成若干个物理信道 划分的方法可以按频率 时隙 码字或它们的组合进行 物理层在介质接入控制层 MAC 的控制下 负责数据或数据分组的收发 2 介质接入控制层 MAC 的主要功能有介质访问管理和数据封装等 数据链路控制层 DLC 的主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路 网络层主要是信令层 它确定了用于无线资源管理 连接管理和移动性管理的各种功能 区分与识别动态移动用户地址的技术 主要解决众多用户如何高效共享给定频谱资源的问题 它从空间 时间 频间等多个方向对频率资源进行有效利用 5 2多址技术 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 基本网络结构 基站通过传输链路和交换机连 交换机再通过传输链路与固定的电话网络相连 概述 GSM数字蜂窝移动通信网结构 概述 移动通信系统组成 概述 GPRS协议模型 概述 Um接口 GSM的空中接口自下面上依次为物理层MAC MdiumAcceSSControl媒质接入控制层 LLC LogicalLinkControl 层SNDC SubnetworkDependantConvergence 层网络层 GPRS协议模型 概述 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 多址技术的种类频分多址FDMA时分多址TDMA码分多址CDMA空分多址SDMA随机多址等 多址技术 多址技术 FDMA FrequencyDivisionMultipleAccess 多址技术 TDMA TimeDivisionMultipleAccess 多址技术 CDMA CodeDivisionMultipleAccess 多址技术 CDMA原理图 多址技术 输出 多址技术 频分多址 FDMA 频分多址 FDMA 表5 2 表5 3用户数的计算 a 0 01 频分多址 FDMA 用户忙时的话务量与用户数 四 空闲信道选取概念基站控制的小区内有n个无线信道提供给n m个移动用户共同使用 当某一用户需要通信而发出呼叫时 怎样从这n个信道中选取一个空闲信道 选取方式 空闲信道的选取 频分多址 FDMA 专用呼叫信道方式设置专门的呼叫信道 用于处理用户的呼叫 移动用户只要不在通话时就停在这呼叫信道上守候 特点处理呼叫的速度快 信道利用率不高 频分多址 FDMA 标明空闲信道方式不设置专门的呼叫信道 所有信道都可用来处理用户的呼叫 但须有空闲标明 又分为 循环定位 循环不定位 循环分散定位 和 标明多个空闲信道的循环不定位 等多种方法 频分多址 FDMA 循环定位特点信道的利用率高 处理呼叫速度快 同抢 两个以上用户同时发起呼叫 概率大 频分多址 FDMA 循环不定位方式特点同抢概率小 建立呼叫速度慢 频分多址 FDMA 循环分散定位方式特点同抢概率小 建立呼叫速度快 频分多址 FDMA 图5 2TDMA示意图 时分多址 TDMA TDMA系统每帧中的时隙结构 或称为突发结构 设计通常要考虑三个主要问题 一是控制和信令信息的传输 二是信道多径的影响 三是系统的同步 时分多址 TDMA 采取的主要措施每个时隙中 专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输 在时隙中插入自适应均衡器所需要的训练序列 在上行链路的每个时隙中流出一定的保护间隔在每个时隙中还要传输同步序列 同步序列和训练序列可以分开传输 也可以合二为一 时分多址 TDMA 两种典型的时隙结构 时分多址 TDMA 码分多址以扩频技术为基础 利用不同码型实现不同用户的信息传输 扩频技术包括 跳频和直接序列扩频 对应的多址方式有 跳频码分多址 FH CDMA 和直扩码分多址 DS CDMA 码分多址 CDMA 码分多址 CDMA 图 5 4 b DS CDMA 示意图 图 5 4 b DS CDMA 示意图 码分多址 CDMA DS CDMA系统特点 一 1 存在自身的多址干扰2 须采用功率控制克服远近效应远近效应近处的强信号抑制远处弱信号的接收克服方法功率控制 码分多址 CDMA 空分多址 SDMA 随机多址采用的方式有 ALOHA协议和时隙ALOHA载波侦听多址 CSMA 预约随机多址 随机多址 ALOHA协协议和时隙ALOHA ALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协议 任一用户随时有数据分组要发送 就立刻接入信道进行发送 发送结束后 在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答 如果在给定时间区间内 没有收到对方认可应答 则重发刚发的数据分组 随机多址 随机多址 随机多址协议主要性能指标 通过量 S 单位时间内平均成功传输的分组数每个分组的平均时延 D 随机多址 A1 A1 A1 A1 碰撞 用户 A 用户 B A1 A1 A1 A1 碰撞 用户 A 用户 B A1 A1 A1 A1 碰撞 用户 A 用户 B 图 b 时隙 ALOHA 协议示意图 随机多址 载波侦听多址 CSMA 在CSMA协议中 每个结点在发送前 首先要侦听信道是否有分组在传输 若信道空闲 没有检测到载波 才可以发送 若信道忙 则按照设定的准则推迟发送 随机多址 随机多址 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 区域覆盖和信道配置 区域覆盖信道 频率 配置 服务区形状 带状网 面状网 带状网带状网主要用于覆盖公路 铁路 海岸等 如图 所示 基站天线若用全向辐射 覆盖区形状是圆形的 带状网宜采用有向天线 使每个小区呈扁圆形 区域覆盖 区域覆盖 区域覆盖 区域覆盖 2 面状网 蜂窝网在平面区域内划分小区 通常组成蜂窝式网络 小区形状全向天线的覆盖区是圆形 小区相间120 有效覆盖区为正三角形 小区相间90 有效覆盖区为正方形 小区相间60 有效覆盖区为正六边形 区域覆盖 区域覆盖 区域覆盖 小区形状 b 理想形状 c 实际形状 a 理论形状 表5 5三种形状小区的比较 区域覆盖 区群的组成 区群组成应满足两个条件 一是区群之间可以邻接 且无空隙无重叠地进行覆盖 二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等 区域覆盖 表5 6区群小区数N的取值 相应的区群形状如图5 12所示 区域覆盖 图5 12区群的组成 区域覆盖 区域覆盖 同频 信道 小区的距离 4 激励方式 中心激励与顶点激励 中心激励顶点激励 区域覆盖 a b 区域覆盖 5 小区分裂 区域覆盖 信道 频率 配置将给定的信道 频率 分配给一个区群内的各个小区 信道配置方式 分区分组配置法 等频距配置法 信道 频率 配置 1 分区分组配置法原则 尽量减小占用的总频段 以提高频段利用率 同一区群内不能使用相同的信道 以避免同频道干扰 小区内采用无三阶互调的相容信道组 以避免互调干扰 信道 频率 配置 2 等频距配置法按等频率间隔来配置信道 只要频距选得足够大 就可以有效地避免邻道干扰 信道 频率 配置 N 7整个区群内各个基站信道组的分布如下图 信道 频率 配置 以上讨论是一种信道固定配置法 适合移动台业务分布相对固定的情况 固定配置法缺陷 频率的利用率不高 实际上 移动台业务的地理分布是经常会发生变化的 如早上从住宅区向商业区移动 傍晚有反向移动 发生交通事故或集会时又向某处集中 此时 某一小区业务量增大 原来配置的信道可能不够用了 而相邻小区业务量小 原来配置的信道可能有空闲 小区之间的信道又无法相互调剂 信道 频率 配置 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 网络结构 5 4 基本网络结构5 4 数字蜂窝移动通信网的网络结构 移动通信的基本网络结构如图5 18所示 基本网络结构 数字蜂窝移动通信网结构 数字蜂窝移动通信网网络结构 数字蜂窝移动通信网网络结构 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 信令通信网中 除了用户信息之外 为使全网有秩序地工作 还必须在正常通话的前后和通话过程中传输其他的控制信号 信令的基本功能 信令 建立呼叫 监控呼叫 清除呼叫 信令的发展随路信令 信令和话音在同一条电路上传送 模拟电话网及早期数字中采用 缺点 信令传送速度低 容量及处理能力有限 很难扩展到其他业务 信令 No 7信令 公共信道信令系统 信令通路与话音通路分开 将若干条电路的信令集中在一条专门用于传送信令的通道上传送 特点 信令传送速度快 信令容量大 具有提供大量信令的能力及增加信令的灵活性 可靠性高 适应性强 信令 5 5 接入信令 移动台至基站之间的信令 5 5 网络信令5 5 信令应用 本节讨论以下问题 信令 一 数字信令数字信令已经广泛应用于大容量的移动通信网中 典型的格式如图所示 接入信令 一个典型的用于TACS系统反向信道信令格如图所示 接入信令 三 信令传输协议 图5 23帧格式 接入信令 网络信令交换机与数据库之间交换的信息常用的网络信令就是 号信令 协议结构如图所示 图5 247号信令系统的协议结构 网络信令 7号信令的网络结构如图5 25所示 网络信令 网络信令 SP 信令网及其分级结构 组网技术 1概述2多址技术3区域覆盖和信道配置4网络结构5信令6越区切换和位置管理 越区切换和位置管理 5 6 1越区切换5 6 2位置管理 越区切换包括三方面的问题 越区切换的准则 越区切换如何控制 越区切换时信道分配 越区切换指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程 该过程也称自动链路转移ALT AutomaticLinkTransfer 越区切换 越区切换 越区切换 越区切换分类 硬切换 软切换 更软切换 硬切换在新的连接建立以前 先中断旧的连接 软切换既维持旧的连接 又同时建立新的连接 更软切换同一基站不同扇区之间的软切换称为更软切换 越区切换 越区切换 越区切换的控制策略包括 越区切换的参数控制 越区切换的过程控制 在移动通信系统中 过程控制的方式主要有三种 移动台控制的越区切换 PACS DECT 网络控制的越区切换 TACS 移动台辅助的越区切换 GSM 越区切换 越区切换 位置管理涉及到网络处理能力和网络通信能力 网络处理能力涉及到数据库的大小 查询的频度和响应速度等 网络通信能力涉及到传输位置更新和查询信息所增加的业务量和时延等 位置管理追求目标 以尽可能小的处理能力和附加的业务量 最快地确定用户位置 以容纳尽可能多的用户 位置管理 位置管